Question

【題目】高錳酸鉀常用作消毒劑、水質凈化劑等。工業上用軟錳礦(主要含MnO2，還含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質)制備高錳酸鉀晶體的一種工藝流程如下：

回答下列問題：

(1)焙燒過程中發生的主要反應為MnO2+KOH+O2K2MnO4+H2O,該反應配平后MnO2與O2的系數比為________。采用對空氣加壓的方法可提高MnO2的利用率。原因是__________________________。

(2)濾渣Ⅱ是________,第一次通CO2不能用稀鹽酸代替的原因是____________________________。

(3)第二次通入過量CO2生成MnO2的離子方程式為__________________________。

(4)由下圖可知，從濾液Ⅲ得到高錳酸鉀晶體需經過________、________、洗滌等一系列操作。

(5)1t含MnO287%的軟錳礦，理論上最多可制得________tKMnO4晶體。

Answer 1

【答案】 2：1 加壓，增大了氧氣的濃度，反應速率加快，使MnO2反應更充分 Al(OH)3、H2SiO3 不易控制稀鹽酸的用量，過量的稀鹽酸會使Al(OH)3溶解(或酸性過強，會使K2MnO4過早發生歧化反應) 3MnO42-+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4-+4HCO3- 蒸發結晶 趁熱過濾 1.58

【解析】分析整個流程，將軟錳礦主要成分MnO2與KOH混合在空氣中焙燒，冷卻得到固體物質，將固體物質溶于水過濾得到濾渣I和濾液I，濾液I中應含有K2SiO3，KAl(OH)4，K2MnO4等溶質，濾渣I為Fe2O3；向濾液I中第一次通入CO2發生反應，過濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ，濾渣Ⅱ為Al(OH)3，H2SiO3；濾液Ⅱ含有KHCO3，K2MnO4等溶質；向濾液Ⅱ中第二次通入過量CO2，再次過濾得到濾液Ⅲ和MnO2，則可以推斷濾液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3，再經過一系列操作得到較純的KMnO4，MnO2可以作為循環利用的物質。

(1)焙燒時MnO2與KOH在空氣中O2的作用下反應得到K2MnO4和H2O，反應為氧化還原反應，Mn化合價升高2，O化合價降低2，根據電子轉移數守恒，所以在MnO2前面配上2，O2前面配上1，配平后MnO2與O2的系數比為2:1；工業生產中采用對空氣加壓的方法提高MnO2利用率，用碰撞理論可以解釋為加壓增大了氧氣濃度使單位體積內的活化分子數增加，有效碰撞數增多，反應速率加快，使MnO2反應更充分，故答案為：2：1；加壓增大了氧氣濃度，使單位體積內的活化分子數增加，有效碰撞數增多，反應速率加快，使MnO2反應更充分；

(2)濾渣Ⅱ中含有的物質有Al(OH)3，H2SiO3，第一次通CO2不能用稀鹽酸代替，這是由于稀鹽酸酸性較強，可溶解Al(OH)3，不易控制稀鹽酸的用量，溶液中便會再次混入Al3+，故答案為：Al(OH)3，H2SiO3；不易控制稀鹽酸的用量，過量的稀鹽酸會使Al(OH)3溶解；

(3)第二次通入過量CO2生成MnO2，溶液中原先是K2MnO4，再第二次通入過量的CO2時發生歧化反應生成MnO2和KMnO4，此時CO2被轉化為HCO3-，反應為氧化還原反應，則反應的離子方程式為：3MnO42-+4CO2+2H2O═MnO2↓+2MnO4-+4HCO3-，故答案為：3MnO42-+4CO2+2H2O═MnO2↓+2MnO4-+4HCO3-；

(4)將濾液Ⅲ進行一系列操作得KMnO4，此時溶液中還存在KHCO3，根據溶解度隨溫度變化的圖像分析，隨著溫度升高，二者溶解度均不斷增大，在40℃附近時二者溶解度相等，超過這一溫度時，KHCO3溶解度不斷增大，KMnO4溶解度則增大較緩慢，所以從溶液中提取較純的KMnO4，需要蒸發結晶，趁熱過濾，洗滌等操作，故答案為：蒸發結晶；趁熱過濾；

(5)工業上按上述流程連續生產，含MnO287%的軟錳礦1噸，理論上第一步完全轉化為K2MnO4，第二步轉化為KMnO4時則是發生歧化反應，由于歧化反應產物得到MnO2可以循環使用，所以理論最多產量則是根據Mn元素守恒完全生成KMnO4的量，為=1.58t，故答案為：1.58。